DE2749029A1

DE2749029A1 - METHOD FOR MANUFACTURING HYDRAULIC CEMENT AND PRE-CEMENT PRODUCTS

Info

Publication number: DE2749029A1
Application number: DE19772749029
Authority: DE
Inventors: Jozef Kazimierz Tylko
Original assignee: Tetronics Research and Development Co Ltd
Current assignee: Tetronics International Ltd
Priority date: 1976-11-04
Filing date: 1977-11-02
Publication date: 1978-05-18
Also published as: SE7712502L; CA1107307A; LU78453A1; DK490077A; AU3036677A; IT1087198B; NL7712144A; US4152169A; US4215232A; FR2370007A1; ES463766A1; JPS5363429A; NO773776L; BR7707431A; AU515610B2

Description

PATENTANWALTPATENT ADVOCATE DIPL. ING. K. HOLZEKDIPL. ING. K. HOLZEK PHILIPFINB-WGLSER-STBASSIi: 1«PHILIPFINB-WGLSER-STBASSIi: 1 «

8900 AUGSBUKQ8900 AUGSBUKQ

TELEFON 5Ιβ47β TELICX 633202 pstoi dTELEPHONE 5Ιβ47β TELICX 633202 pstoi d

-H--H-

St.20St.20

Augsburg, den 28. Oktober 1977Augsburg, October 28, 1977

Tetronics Research and Development Company Limited, 5 B Lechlade Road, Faringdon, Oxfordshire, EnglandTetronics Research and Development Company Limited, 5 B Lechlade Road, Faringdon, Oxfordshire, England

Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zement undProcess for the production of hydraulic cement and

von Zementvorstufenof cement precursors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zement und von Zementvorstufen.The invention relates to a method for producing hydraulic cement and cement precursors.

Als hydraulischer Zement werden Bindemittel bezeichnet, die bei Zugabe einer geeigneten Menge Wasser zu einer festen Masse erhärten und die aus Komplexen von mindestens zwei der Verbindungen CaO, Al₂ ⁰^ ""^ SiOp bestehen. Derartige Zementzusammensetzungen können auch gebundenes Si„0 , SiO, MgO und andere Oxide enthalten. As a hydraulic cement binder are referred to, which harden upon addition of a suitable amount of water to a solid mass and the ^ ^ consist of complexes of at least two of the compounds CaO, Al ₂ ⁰ "" siop. Such cement compositions can also contain bound SiO, SiO, MgO and other oxides .

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2 V Λ 9 O 2 92 V Λ 9 O 2 9

Die Erfindung bezieht sich auch auf die Herstellung von ähnlichen Komplexen, die durch Zugabe geeigneter Mengen von alkalischen Aktivatoren ohne weitere Wärmebehandlung zu hydraulischen Zementen umgewandelt werden können. In vielen Fällen kann die Aktivierung bereits durch Beimischen von gewöhnlichem Portlandzement erreicht werden.The invention also relates to the preparation of similar complexes by adding appropriate amounts can be converted from alkaline activators to hydraulic cements without further heat treatment. In In many cases, activation can already be achieved by adding ordinary Portland cement.

Portlandzement wird in großen Mengen durch Brennen von kalkhaltigem Material (Kalkstein, Kreide usw.), das mit geeigneten Mengen von Aluminiumsilicat-Tonen vermischt ist, hergestellt. Es ist allgemein bekannt, daß der theoretische Energiebedarf des Verfahrens sehr hoch ist und daß der thermische Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens nur im Bereich von 30 % bis 50 % liegt. Portlandzement wird in der Praxis weit häufiger verwendet als irgendeine andere hydraulische Zementzusammensetzung. Es ist jedoch allgemein bekannt, daß es auch andere Zusammensetzungen im CaO-SiO₂-Al₂O (Fe₂O )-Systern gibt, die zufriedenstellende Erhärtungseigenschaften besitzen oder diese nach Beimischung geeigneter Mengen eines alkalischen Aktivators wie beispielsweise CaO oder Portlandzement erhalten.Portland cement is made in large quantities by burning calcareous material (limestone, chalk, etc.) mixed with appropriate quantities of aluminosilicate clays. It is well known that the theoretical energy requirement of the process is very high and that the overall thermal efficiency of the process is only in the range of 30 % to 50 % . Portland cement is far more widely used in practice than any other hydraulic cement composition. However, it is generally known that there are also other compositions in the CaO — SiO ₂ —Al ₂ O (Fe ₂ O) system which have satisfactory hardening properties or which obtain these after admixing suitable amounts of an alkaline activator such as CaO or Portland cement.

Eine Zusammensetzung, die erst nach Zugabe eines Aktivators Erhärtungseigenschaften zeigt, kann als ZementVorstufe betrachtet werden. Es ist bekannt, Hoch-A composition that shows hardening properties only after the addition of an activator can be used as Cement precursor should be considered. It is known high-

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ofenschlacke mit beigemischtem gewöhnlichem Portlandzement als hydraulischen Zement zu verwenden.To use furnace slag mixed with ordinary Portland cement as hydraulic cement.

Bei dem üblichen Verfahren zur kommerziellen Herstellung von Portlandzement werden die zementbildenden Rohmaterialien in einen geneigten Drehrohrofen eingeführt und unter Verwendung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff geröstet, wobei der Brennstoff den Rohmaterialien beigemischte Kohle oder mittels eines Brenners am unteren Ende des Drehrohrofens zugeführtes öl oder Gas sein kann. Ein Drehrohrofen erfordert einen hohen Investitionsaufwand; sein Wirkungsgrad im Hinblick auf die Brennstoffausnützung ist jedoch nur bescheiden.In the usual method of commercial production of Portland cement, the cementitious Raw materials fed into an inclined rotary kiln and using carbonaceous fuel roasted, with the fuel added to the raw materials coal or by means of a burner at the bottom Oil or gas fed to the end of the rotary kiln. A rotary kiln requires a high investment outlay; however, its efficiency in terms of fuel utilization is only modest.

Beim Betrieb eines Drehrohrofens zur Herstellung von Portlandzement sind gewisse Erfordernisse zu berücksichtigen, da sich an den Drehrohrofenwänden Klinkerringe bilden, wenn das Verhältnis von Siliciumoxid zu Aluminium- und Eisenoxid unter einen Wert von etwa 2,2 : abfällt.When operating a rotary kiln for the production of Portland cement, certain requirements must be taken into account, since clinker rings form on the walls of the rotary kiln when the ratio of silicon oxide to Aluminum and iron oxides below a value of about 2.2: drops.

In einem Artikel von P. P. Glasser in "Cement and Concrete Research", 1975, Vol. 5, Seiten 55 bis 6l, wird vorgeschlagen, Portlandzement in einem Plasmaofen herzustellen, bei welchem feststehende Plasmabrenner imIn an article by P. P. Glasser in "Cement and Concrete Research", 1975, Vol. 5, pages 55 to 61, it is proposed to produce Portland cement in a plasma furnace, in which fixed plasma torches in the

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Deckel eines umlaufenden Ofenkörpers angeordnet sind, der im wesentlichen die Form eines invertierten Kegels hat. Das Rohmaterial wird durch einen axialen Zuführkanal im Ofendeckel zugeführt. Die in dem Artikel gegebene Beschreibung läßt vermuten, daß das Rohmaterial auf die Wand des umlaufenden Ofenkörpers geworfen wird, ohne daß es während des Hinfliegens zur Ofenkörperwand in eine wirksame Berührung mit dem Plasma kommt. Da3 Plasma wirkt auf einen dünnen Film geschmolzenen Materials ein, das sich auf der Wand des umlaufenden Ofenkörpers befindet, was natürlich zur Folge hat, daß die EnergieVerluste durch die Ofenwand hindurch sehr hoch sind. Der Energiebedarf für die Herstellung von Zement wird als nahezu das Zehnfache des Energiebedarfs eines herkömmlichen Drehrohrofens angegeben. Der als Produkt aus dem Plasmaofen erhaltene Klinker ist entweder grobkörnig, so daß ein erheblicher Energieaufwand zum Mahlen erforderlich ist, oder enthält übermäßig große Mengen glasartiger Bestandteile. Die angegebenen Ergebnisse sind so ungünstig, daß danach die Verwendung eines Plasmaofens zur Zementherstellung völlig aussichtslos erscheint.Lid of a revolving furnace body are arranged in the essentially has the shape of an inverted cone. The raw material is fed through an axial feed channel in the furnace lid fed. The description given in the article suggests that the raw material was on the wall of the circumferential furnace body is thrown without it during the flying towards the furnace body wall in an effective Comes into contact with the plasma. Da3 plasma acts on a thin film of molten material that is deposited on the Wall of the surrounding furnace body is, which of course has the consequence that the energy losses through the furnace wall are very high throughout. The energy requirement for the production of cement is considered to be nearly ten times the Energy requirements of a conventional rotary kiln specified. The clinker obtained as a product from the plasma furnace is either coarse-grained, so that a considerable amount of energy is required for grinding, or contains excessively large amounts of glassy components. The results given are so unfavorable that after that the use a plasma furnace for cement production seems completely hopeless.

Aus der GB-PS 1 390 351 ist ein Plasmareaktor bekannt, der eine um eine vertikale Achse umlaufende und mit Bezug zu dieser geneigte Plasmakanone aufweist, die mitFrom GB-PS 1 390 351 a plasma reactor is known, which revolves around a vertical axis and with Has relation to this inclined plasma cannon, which with

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einer Gegenelektrode zusammenwirkt. Bei dieser Gegenelektrode kann es sich um eine im mittleren Bereich des Reaktors angeordnete Ringelektrode oder um einen elektrisch leitfähig ausgebildeten Reaktorboden handeln.a counter electrode cooperates. This counter electrode can be one in the middle area of the reactor arranged ring electrode or an electrically conductive reactor bottom.

Eine weitere Konstruktion eines Plasmareaktors ist aus der US-PS 3 936 586 bekannt. Dieser Plasmareaktor enthält eine oder mehrere Plasmakanonen, die wiederum um eine vertikale Achse umlaufen und mit Bezug zu dieser geneigt sind. Die oder jede Plasmakanone ist nach innen zur Achse hin und zu einem etwa diametral gegenüberliegenden Punkt einer ringförmigen Gegenelektrode gerichtet.Another construction of a plasma reactor is known from US Pat. No. 3,936,586. This plasma reactor contains one or more plasma cannons, which in turn revolve around a vertical axis and are related are inclined to this. The or each plasma cannon is inwardly toward the axis and approximately diametrical toward one directed opposite point of an annular counter electrode.

Bei den beiden eben beschriebenen Plasmareaktoren entsteht aufgrund der Umlaufbewegung der bzw. jeder Plasmakanone und aufgrund deren Neigung mit Bezug zur Umlaufachse ein Plasmastrahl, der die Mantelfläche eines Kegels bestreicht. Liegt die Drehzahl der Plasmakanone im Bereich von 1000 U/min., ist statistisch sichergestellt, daß kleine Feststoffteilchen, die aufgrund der Schwerkraft durch die Bahn des Plasmastrahles hindurchfallen, mit Ausnahme höchstens eines sehr geringen Teils in hohem Maße durch die Ionen, Elektronen oder andere stark geladene Teilchen des Plasmas oder durch Kollision mitIn the case of the two plasma reactors just described, a plasma jet, which sweeps the outer surface of a cone, arises due to the orbital movement of the or each plasma gun and due to its inclination with respect to the axis of rotation. If the speed of the plasma gun is in the range of 1000 rpm, it is statistically ensured that small solid particles which fall through the path of the plasma jet due to gravity are, with the exception of at most a very small part, to a large extent due to the ions, electrons or others highly charged particles of the plasma or by colliding with

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derartigen energiereichen Teilchen mit Energie beaufschlagt werden. Folglich überträgt der umlaufende Plasmastrahl Energie auf Material, das sich in einem bezüglich des Plasmakanals des primären Plasmastrahls ausgedehnten Bereich befindet, und der Einflußbereich des Plasmas ist also erweitert. Dieser Effekt wird durch die Bezeichnung "expandierte präzessierende Plasmasäule¹¹ beschrieben.such high-energy particles are charged with energy. As a result, the circulating plasma jet transfers energy to material which is located in an area that is extended with respect to the plasma channel of the primary plasma jet, and the area of influence of the plasma is thus extended. This effect is described by the term “expanded precessing plasma column ¹¹ .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber den herkömmlichen Zementherstellungsverfahren wirtschaftlicheres, hinsichtlich der Zusammensetzung der Rohmaterialien weniger kritisches Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zement oder von Zementvorstufen zu finden.The invention is based on the object, compared to the conventional cement production process more economical, in terms of the composition of the Raw materials less critical process for the production of hydraulic cement or cement precursors to find.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.According to the invention, this object is given by what is stated in the characterizing part of the main claim Measures resolved.

Im weitesten Sinne besteht die Erfindung darin, daß zur Herstellung eines hydraulischen Zements oder einer ZementVorstufe ein Rohmaterial geeigneter chemischer Zusammensetzung und in ausreichend fein zerkleinerter Form durch die Plasmasäule eines Plasmareaktors der oben beschriebenen Art hindurchgeführt wird. Dadurch, daß ein Mineralgemisch geeigneter Zusammensetzung der sehrIn the broadest sense, the invention consists in that for the production of a hydraulic cement or a cement precursor a raw material suitable chemical Composition and in sufficiently finely ground form through the plasma column of a plasma reactor of the above described type is passed through. By having a mineral mixture of a suitable composition of the very

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hohen Energiekonzentration im Plasma ausgesetzt wird, erhält man mindestens eine Oberflächenumwandlung des
Materials in einen aktiven, glasartigen oder kristallinen Zustand oder, wenn das Material ausreichend fein zerkleinert ist, eine vollständige Umwandlung der Materialteilchen in einen hydraulischen Zement bzw. eine Zementvorstufe. If the plasma is exposed to high energy concentrations, at least one surface transformation of the is obtained
Material into an active, vitreous or crystalline state or, if the material is sufficiently finely comminuted, a complete conversion of the material particles into a hydraulic cement or a cement precursor.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die gesamte Wärmebehandlung des Rohmaterials während des freien
Herabfallens der Materialteilchen stattfindet, treten keine harten Ablagerungen wie beispielsweise Klinkerverkrustungen bei den herkömmlichen Drehrohrofen auf, die zu ßetriebsschwierigkeiten führen könnten. Die Zementherstellung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unterliegt daher nicht den Beschränkungen hinsichtlich des Verhältnisses von Siliciumoxid zu Aluminium- und Eisenoxid (S/R-Verhältnis) im Rohmaterial, wie dies bei
herkömmlichen Drehrohrofen der Fall ist, sondern bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nur die Forderung zu stellen, daß das gebrannte Material entweder für
sich allein oder nach Beimischung eines Aktivators
Zementeigenschaften besitzen muß.Since in the method according to the invention, the entire heat treatment of the raw material during the free
If the material particles fall down, there are no hard deposits such as clinker encrustations in conventional rotary kilns, which could lead to operational difficulties. Cement production by the process according to the invention is therefore not subject to the restrictions with regard to the ratio of silicon oxide to aluminum and iron oxide (S / N ratio) in the raw material, as is the case with
conventional rotary kiln is the case, but with
the method according to the invention is only required that the fired material either for
alone or after adding an activator
Must have cement properties.

Im Gegensatz zu dem oben erwähnten Vorschlag der 809820/0715In contrast to the 809820/0715 proposal mentioned above

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Zementherstellung in einem Plasmaofen mit stillstehendem Plasmabrenner und umlaufendem Ofenkörper tritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem zerkleinertes Rohmaterial durch die van einer umlaufenden und zur Umlaufachse geneigten Plasmakanone erzeugte Plasmasäule hindurchgeführt wird, eine vollständige Umwandlung der Rohmaterialteilchen im schwebenden Zustand zu Zement oder einer Zementvorstufe ein, ohne daß die Materialteilchen zu gröberen Körnern verschmolzen werden und ohne daß in übermäßig großem Maße eine Glasphasenbildung auftritt.Cement production in a plasma furnace with stationary plasma torch and circulating furnace body enters a circumferential and inclined to the axis of rotation plasma gun generated plasma column is passed, a complete conversion of the raw material in the floating state into cement or a cement precursor in the inventive process in which comminuted raw material by the van, without the material particles being fused to form coarser grains and without glass phase formation occurring to an excessively large extent.

Bei versuchsweiser Herstellung gewöhnlichen Portlandzements in einem kleinen Versuchs-Plasmareaktor der oben genannten Art war der Energieverbrauch nur geringfügig größer als bei einem voll entwickelten großen Drehrohrofen, was zeigt, daß mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Portlandzement mit geringerem oder höchstens gleichem Energieaufwand wie bei einem herkömmlichen Drehrohrofen hergestellt werden kann, wenn ein in industriellem Maßstab ausgeführter Plasmareaktor verwendet wird.When producing ordinary portland cement on a trial basis in a small trial plasma reactor of the above mentioned type, the energy consumption was only slightly greater than in a fully developed large rotary kiln, which shows that by means of the method according to the invention, Portland cement with less or at most the same energy expenditure as a conventional rotary kiln can be produced if an in industrial scale plasma reactor is used.

Die Herstellung von Portlandzement durch Brennen normaler Portlandzement-Rohmaterialien stellt nur einen Aspekt der Erfindung dar. Das Wegfallen der Be-The manufacture of Portland cement by firing ordinary Portland cement raw materials is only an aspect of the invention. The omission of the loading

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schränkung hinsichtlich des genannten S/R-Verhältnisses im Betrieb eines Drehrohrofens ermöglicht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nämlich auch die Verwendung unüblicher Rohmaterialien zur Herstellung von Zement und von Zementvorstufen. restriction with regard to the mentioned S / N ratio namely, when a rotary kiln is in operation, the method according to the invention also enables the use of unusual ones Raw materials for the manufacture of cement and cement precursors.

Sowohl in Großbritannien als auch in vielen anderen Teilen der Welt sind bereits jetzt enorme Mengen von kohlenstoffhaltigen Materialien angehäuft, die nur einen geringen Heizwert besitzen und deshalb bisher entweder als Abfall betrachtet werden (Abraum bei der Kohleförderung) oder als sich zur Gewinnung von Kohle oder Kohlenwasserstoffen nicht lohnend angesehen werden (Ölschiefer und ölsande).Both in the UK and in many other parts of the world there are already enormous amounts of accumulated carbonaceous materials that have only a low calorific value and therefore so far either be regarded as waste (overburden from coal production) or as being used to extract coal or hydrocarbons not considered worthwhile (oil shale and oil sands).

Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, kohlenstoffhaltige Materialien dieser Art zu hydraulischen Zementen zu verarbeiten, und zwar entweder direkt zu Zementen oder zu Zementvorstufen, die durch geeignete Zusätze von Aktivatoren zu hydraulischen Zementen umgewandelt werden können. In beiden Fällen kann es erforderlich sein, dem kohlenstoffhaltigen Material zusätzliche mineralische Substanzen beizumischen, bevor die Wärmebehandlung in der Plasmasäule stattfindet, um eine geeignete chemische Zusammensetzung des Produktes zu erhalten.The invention opens up the possibility of using carbonaceous materials of this type for hydraulic cements to be processed, either directly to cements or to cement precursors, which are made by suitable additives of Activators can be converted to hydraulic cements. In both cases it may be necessary add additional mineral substances to the carbonaceous material before the heat treatment in the plasma column takes place in order to obtain a suitable chemical composition of the product.

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Die Abraumhalden von Kohlengruben stellen enorme Materialvorräte dar, die einen bestimmten Heizwert besitzen, der mittels der bisher bekannten technologischen Verfahren kaum nutzbar gemacht werden konnte. Abraumhalden von Kohlengruben sind jedoch auch im Hinblick auf den Umweltschutz nicht wünschenswert, so daß ihre Aufarbeitung zu nützlichen Produkten zu begrüßen wäre.The spoil heaps of coal mines represent enormous stocks of material that have a certain calorific value own, which could hardly be made usable by means of the previously known technological processes. However, spoil heaps from coal mines are also in view environmental protection not desirable, so that their processing into useful products would be welcomed.

Der Heizwert des Kohlenstoffgehalts von Kohlengrubenabraum ist selten geringer als 800 kJ/kg und erreicht in vielen Fällen sogar einen Wert von etwa 10 000 kJ/kg. Selbst bei diesem letzteren Heizwert hat sich eine praktische Nutzbarmachung der gewinnbaren Wärme nicht immer als wirtschaftlich erwiesen. Da der theoretische Wärmebedarf zur Erzeugung von Portlandzement aus herkömmlichen Rohmaterialien im Bereich von 1700 kJ/kg liegt, kann der Wärmebedarf zur Herstellung von hydraulischem Zement offensichtlich vollständig oder wenigstens zum größten Teil durch den Heizwert von Kohlengrubenabraum gedeckt werden, und der Kohlengrubenabraum kann aufgrund seines Heizwertes sogar noch zusätzliche nutzbare Wärmeenergie liefern, wenn geeignete Verfahren zur Verbrennung seines Kohlenstoffgehaltes einschließlich seines Kohlenwasserstoffgehaltes entwickelt werden.The calorific value of the carbon content of coal mine tailings is seldom less than 800 kJ / kg in many cases even a value of around 10,000 kJ / kg. Even with this latter calorific value, a practical utilization of the recoverable heat has not always proven to be economical. Since the theoretical The heat requirement for the production of Portland cement from conventional raw materials is in the range of 1700 kJ / kg, the heat requirement for the production of hydraulic cement can obviously be completely or at least for can be covered for the most part by the calorific value of coal mine tailings, and the coal mine tailings can be due to its calorific value even provide additional usable thermal energy if suitable processes for combustion its carbon content including its hydrocarbon content to be developed.

Gemäß der Erfindung kann deshalb Kohlengrubenabraum 809820/071B According to the invention, therefore, coal mine tailings 809820 / 071B

oder anderes Material mit einem Kohlenstoffgehalt entsprechend einem Heizwert von mindestens 800 kJ/kg durch die Plasmasäule eines Plasmareaktors der oben beschriebenen Art hindurchpassiert werden.or other material with a carbon content corresponding to a calorific value of at least 800 kJ / kg the plasma column of a plasma reactor of the type described above are passed through.

Wenn das Abraummaterial oder anderes kohlenstoffhaltiges Material (entweder allein oder mit anderen Substanzen vermischt) der starken Energiezufuhr in der Plasmazone ausgesetzt ist, neigt der Kohlenwasserstoffgehalt dieses Materials mit nahezu explosionsartiger Kraft zur Reaktion, so daß das kohlenstoffhaltige Material einer gewissen Aufspaltung unterliegt und der Kohlenstoffgehalt einschließlich des Kohlenwasserstoffgehalts augenblicklich von der anorganischen Substanz getrennt wird. Dies ermöglicht eine Verbrennung des Kohlenstoffgehalts des Materials und eine Umwandlung des übrigen Materials in einen hydraulischen Zement oder eine Zementvorstufe, vorausgesetzt, daß die chemische Zusammensetzung des Rohmaterials für diesen Zweck geeignet ist. Eine Untersuchung des Produktes zeigt, daß es im wesentlichen keinen freien Kohlenstoff mehr enthält.If the waste material or other carbonaceous Material (either alone or mixed with other substances) of the strong energy input in the When exposed to the plasma zone, the hydrocarbon content of this material tends to be almost explosive Force to react so that the carbonaceous material is subject to a certain decomposition and the carbon content including the hydrocarbon content instantly is separated from the inorganic substance. This enables the carbon content to be burned off of the material and a conversion of the remaining material into a hydraulic cement or a cement precursor, provided that the chemical composition of the raw material is suitable for the purpose. An investigation of the product shows that it essentially no longer contains any free carbon.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die zementbildenden Rohmaterialien in Form einer kontinuierlichen Materialströmung zu einer am oberenAccording to one embodiment of the invention the cement-forming raw materials in the form of a continuous flow of material to one at the top

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Ende des Plasmareaktors im Bereich der Plasmakanone gelegenen Stelle zugeführt und fällt dann durch die zwischen der Plasmakanone und einer ringförmigen Gegenelektrode aufgebaute Plasmasäule und durch den unterhalb der Gegenelektrode vorhandenen Nachflammenbereich hindurch. Dadurch wird der Kohlenstoffgehalt der Rohmaterialteilchen in einen hochaktiven Zustand übergeführt, so daß mindestens ein Teil des Kohlenstoffgehalts sehr schnell zu CO umgewandelt wird, wenn die Teilchen nach dem Austritt aus der Plasmazone mit einem Luft- oder Sauerstoffstrom in Berührung gebracht werden. Der dadurch teilweise mit CO und Wasserstoff angereicherte und die Feststoffteilchen mitführende Luftstrom kann dann in eine Brennzone eingeleitet werden, in welcher der restliche Kohlenstoffgehalt und das bereits gebildete CO sowie der Wasserstoff mindestens teilweise zu CO₂ und HpO oxidiert werden. Die Brennzone bildet vorzugsweise einen Teil einer Abwärme-Kesselanlage, so daß die darin freigesetzte Wärmeenergie in zweckmäßiger Weise nutzbar gemacht werden kann. Eine sehr zweckmäßige Möglichkeit liegt darin, diese Energie zur Erzeugung elektrischer Energie für den Plasmareaktor auszunützen. Das feste Produktmaterial wird als Asche aus dem Gasstrom abgeschieden, wozu bekannte Vorrichtungen, beispielsweise Zyklonabscheider, Anwendung finden können.End of the plasma reactor in the area of the plasma gun and then falls through the plasma column built up between the plasma gun and an annular counter-electrode and through the post-flame area below the counter-electrode. This converts the carbon content of the raw material particles into a highly active state, so that at least a part of the carbon content is very quickly converted to CO if the particles are brought into contact with a stream of air or oxygen after leaving the plasma zone. The air flow, partially enriched with CO and hydrogen and carrying the solid particles with it, can then be introduced into a combustion zone in which the remaining carbon content and the CO and hydrogen already formed are at least partially _{oxidized to CO 2} and HpO. The combustion zone preferably forms part of a waste heat boiler system so that the thermal energy released in it can be used in an expedient manner. A very useful option is to use this energy to generate electrical energy for the plasma reactor. The solid product material is separated from the gas stream as ash, for which known devices, for example cyclone separators, can be used.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, 809820/0715According to a further embodiment of the invention, 809820/0715

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wobei als Gegenelektrode des Plasmareaktors der Reaktorboden verwendet wird, wird das durch die Plasmasäule hindurchfallende Material nach dem Wiederaustritt aus der Plasmazone in einem Bad mindestens teilweise geschmolzener Schlacke im Reaktorboden gesammelt. Bei den vorhandenen Betriebstemperaturen ist die geschmolzene Schlacke ausreichend elektrisch leitfähig. Besitzt das Rohmaterial einen hohen Eisengehalt (Eisenoxidgehalt), was bei Kohlengrubenabraum häufig der Fall ist, kann der Kohlenstoffgehalt des Abraums zur Reduktion mindestens eines Teils des Eisengehalts ausgenützt werden, wobei sich metallisches Eisen im Reaktorboden sammelt und periodisch abgestochen werden kann. Dabei kann wiederum das sich entwickelnde CO in einer Abwärme-Kesselanlage oder in einem anderen Rekuperator verbrannt werden.where the bottom of the reactor is used as the counter electrode of the plasma reactor, this is done by the plasma column Material falling through after exiting the plasma zone is at least partially melted in a bath Slag collected in the reactor bottom. At the existing operating temperatures, the slag is molten sufficiently electrically conductive. If the raw material has a high iron content (iron oxide content), which is the case with coal mine overburden often the case, the carbon content of the spoil can reduce at least some of the iron content be exploited, with metallic iron collecting in the bottom of the reactor and being tapped periodically can. In turn, the developing CO can be stored in a waste heat boiler system or in another recuperator to be burned.

Die geschmolzene Schlacke wird periodisch vom Reaktorboden abgestochen und kann, je nach ihrem Restkohlenstoff gehalt, in einer gesonderten Kammer einem Luftstrom ausgesetzt werden, um den restlichen Kohlenstoff auszubrennen. Sodann wird die geschmolzene Schlacke abgekühlt und gemahlen.The molten slag is tapped periodically from the bottom of the reactor and can, depending on its residual carbon content, are exposed to a stream of air in a separate chamber to remove the remaining carbon to burn out. The molten slag is then cooled and ground.

Bei beiden eben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird das in die Plasmasäule eingeführteIn both of the embodiments just described of the invention is introduced into the plasma column

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kohlenstoffhaltige Material ebenso wie die in herkömmliche Drehrohröfen eingeführten Rohmaterialien gemahlen. Ein übermäßig feines Mahlen ist jedoch unnötig und es hat sich als voll zufriedenstellend erwiesen, wenn sich das gemahlene Material durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,3 mm hindurchpassieren läßt. In vielen Fällen kann aber auch eine etwas größere Teilchengröße zufriedenstellend Anwendung finden. Wenn der Kohlengrubenabraum oder das betreffende sonstige kohlenstoffhaltige Material vor dem Einführen in den Plasmareaktor mit anderen Materialien wie beispielsweise Kalkstein oder Siliciumoxid und/oder Aluminiumoxid enthaltenden Materialien gemischt werden muß, können bekannte nasse oder trockene Mischverfahren angewandt werden, wie sie in der Zementindustrie üblich sind.milled carbonaceous material as well as the raw materials introduced into conventional rotary kilns. A however, overly fine grinding is unnecessary and has been found to be fully satisfactory when this turns out to be allows ground material to pass through a sieve with a mesh size of 0.3 mm. In many cases however, a somewhat larger particle size can also be used satisfactorily. If the coal mine tailings or the other carbonaceous material in question with others prior to introduction into the plasma reactor Mixed materials such as limestone or silicon oxide and / or aluminum oxide containing materials known wet or dry mixing techniques such as those used in the cement industry can be used are common.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß in vielen Fällen die chemische Zusammensetzung der nichtkohlenstoffhaltigen Bestandteile von Kohlengrubenabraum so ist, daß das nach dem Ausbrennen des Kohlenstoffanteils erhaltene Material sich dazu eignet, mit großem Anteil mit gewöhnlichem Portlandzement gemischt zu werden, der entweder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren oder mittels eines herkömmlichen Drehrohrofens hergestellt worden ist. Gemäß der sich auf Kohlengrubenabraum in GroßbritannienIt has been found, however, that in many cases the chemical composition of the non-carbonaceous Components of coal mine tailings are such that that obtained after burning out the carbon fraction Material lends itself to being mixed in large proportions with ordinary Portland cement, which is either according to the method according to the invention or by means of of a conventional rotary kiln. According to the UK on coal mine tailings

ORIGINAL INSPECTED 809820/0715ORIGINAL INSPECTED 809820/0715

(der als typisch für den Kohlengrubenabraum mindestens im Bereich der nördlichen Hemisphäre anzusehen ist) beziehenden Literatur liegt das Verhältnis von SiCL zu AIpO und Fe₂O, und FeO bei diesem Abraum im Bereich von etwa 1,8 bis 2,0 : 1 und die Heizwerte liegen im Bereich von 1500 kJ/kg bis 10 000 kJ/kg. Jn allen Fällen scheint der Gehalt an CaO und MgO im Bereich von 2,5 % bis 4 % der durch vollständiges Brennen des Abraums erzeugten Asche zu liegen. In vielen Fällen ist es zu bevorzugen, vor dem Brennen des zerkleinerten Kohlengrubenabraums in einem Plasmareaktor mehr als 10 % CaO in Form von Kalkpulver beizumischen.(which is to be regarded as typical for the coal mine tailings at least in the area of the northern hemisphere) referring literature, the ratio of SiCL to AlpO and Fe ₂ O, and FeO in this tailings is in the range of about 1.8 to 2.0: 1 and the Calorific values are in the range from 1500 kJ / kg to 10,000 kJ / kg. In all cases the CaO and MgO content appears to be in the range of 2.5 % to 4 % of the ash produced by complete burning of the spoil. In many cases it is preferable to add more than 10% CaO in the form of lime powder before burning the crushed coal mine tailings in a plasma reactor.

Obwohl sich die Erfindung hauptsächlich auf die Verwendung von Materialien mit verhältnismäßig niedrigem Heizwert bis zu etwa 10 000 kJ/kg bezieht, können in manchen Fällen auch Materialien mit hohem Heizwert wie beispielsweise Kohle und kohlenwasserstoffhaltige Altöle oder andere organische Abfallstoffe in dem in die Plasmasäule zugeführten Rohmaterial enthalten sein.Although the invention mainly relates to the use of materials with relatively low In some cases, materials with a high calorific value such as for example coal and hydrocarbon-containing waste oils or other organic waste in the in the plasma column supplied raw material must be included.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, for example. It shows:

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~ Iy -~ Iy -

Fig· 1 einen sohematischen VertikalschnittFig. 1 is a schematic vertical section

durch einen Plasmareaktor zum Brennen zerkleinerten, Kohlengrubenabraum enthaltenden Materials,by a plasma reactor for burning crushed material containing coal mine tailings,

Fig. 2 einen schematischen VertikalschnittFig. 2 is a schematic vertical section

einer anderen Ausführungsform des Plasmareaktors,another embodiment of the Plasma reactor,

Fig. 3 eine schematische Darstellung, welcheFig. 3 is a schematic illustration which

die Herstellung von Portlandzement aus Kohlengrubenabraum und kalkhaltigem Material wie beispielsweise Kalkstein zeigt,the production of portland cement from coal mine tailings and calcareous Material such as limestone shows

Fig. 4 eine schematische Darstellung derFig. 4 is a schematic representation of the

Herstellung von puzzolanischem schlackenartigem Material,Production of pozzolanic slag-like material,

Fig. 5 Fig. 5 eine schamtische Darstellung desa shameful representation of the

Herstellungsablaufs von gewöhnlichem Portlandzement und Zuschlagstoffen mittels parallel angeordneter Plasmareaktoren unter Verwendung von Kohlengrubenabraum als Rohmaterial,Manufacturing process of ordinary Portland cement and aggregates by means of plasma reactors arranged in parallel using of coal mine tailings as raw material,

809820/0715809820/0715

27Λ902927Λ9029

Fig. 6 ein Röntgen-Spektrogramm eines6 shows an X-ray spectrogram of a

durch Hindurchführen von normalem Portlandzement-Rohmaterial (Kalkstein und Ton) durch die Plasmasäule des in Fig. 1 gezeigten Plasmareaktors erhaltenen Produktes, wobei die ausgezeichnete Entwicklung von Zementbestandteilen erkennbar ist,by passing through ordinary Portland cement raw material (limestone and clay) through the plasma column of the plasma reactor shown in Fig. 1 product obtained, where the excellent development of cement components can be seen,

Fig. 7 ein Röntgen-Spektrogramm des durch7 is an X-ray spectrogram of the through

Hindurchführen eines Gemisches von Kohlengrubenabraum und Kalkstein im Verhältnis 1 : 1 durch die Plasmasäule nach dem in Fig. ¹I gezeigten Verfahrensab lauf gewonnenen Produktes, wobei die Entwicklung starker glasartiger Phasen erkennbar ist,Passing a mixture of coal mine overburden and limestone in a ratio of 1: 1 through the plasma column according to the ^{process shown in Fig. 1} I run product obtained, the development of strong vitreous phases can be seen,

Fig. 8 ein ähnliches Röntgen-Spektrogramm8 shows a similar X-ray spectrogram

für in einer Plasmasäule behandelten Kohlengrubenabraum, undfor coal mine tailings treated in a plasma column, and

Fig. 9 ein CaO-SiO₂-Al₂O -Dreistoffdiagramm.9 shows a CaO — SiO ₂ —Al ₂ O three-substance diagram.

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.21- 2ΫΑ9029.21-2ΫΑ9029

In der Portlandzement-Industrie ist es allgemein bekannt, daß die Erhärtung weitgehend auf dem Vorhandensein kristalliner hydratationsfähiger Phasen beruht, deren übliche Abkürzung und deren Zusammensetzung nachstehend wiedergegeben sind:It is common in the portland cement industry known that the hardening is largely based on the presence of crystalline hydratable phases, their Common abbreviations and their composition are given below:

C₃SC ₃ S 3CaO ·3CaO SiO₂ SiO ₂ ' ^Fe2°3' ^Fe 2 ° 3 C₂SC ₂ S 2CaO ·2CaO SiO₂ SiO ₂ C₄APC ₄ AP UCaO ·UCaO Al₂O₃ .Al ₂ O ₃ . C₃AC ₃ A 3CaO ·3CaO Al₂O₃ Al ₂ O ₃

Diese Terminologie wird der Zweckmäßigkeit halber nachstehend zur Erläuterung der dargestellten Vorrichtung benützt. In dem Röntgen-Spektrogramm nach Fig. 6 wird außerdem Alit und Belit erwähnt. Dabei handelt es sich um in der Zementtechnik bekannte Phasen, deren exakte Zusammensetzung jedoch noch nicht bestimmt worden ist. Man vermutet, daß Alit einen großen Gehalt an CJ3 und Belit einen großen Gehalt an C₃S enthält.For the sake of convenience, this terminology is used below to explain the illustrated device. In the X-ray spectrogram of FIG. 6, alite and belite are also mentioned. These are phases known in cement technology, the exact composition of which, however, has not yet been determined. It is believed that a large content of alite and belite CJ3 a large content of C ₃ S contains.

In Fig. 1 ist ein Plasmareaktor zur Herstellung puzzolanischer und zementartiger Materialien dargestellt, in welchem das Rohmaterial in schwebendem Zustand durch eine expandierte präzessierende Plasmasäule hindurchpassiert. Der Plasmareaktor weist eine geschlossene Kammer auf, die von einer innerhalb eines Mantels 1 angeordnetenIn Fig. 1, a plasma reactor for the production of pozzolanic and cement-like materials is shown, in which the raw material passes in a floating state through an expanded precessing plasma column. The plasma reactor has a closed chamber, which is arranged within a jacket 1 by a chamber

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Wärmeisolation begrenzt wird. Auf dem Deckel des Mantels ist eine Tragkonstruktion 2 aufgesetzt, die einen Strömungsmittelmotor 3 trägt, der über einen Kurbeltrieb 4 mit einer Plasmakanone 5 gekuppelt ist. Die Plasmakanone ist mittels eines Kugelgelenks in einem Sockelteil 6 der Tragkonstruktion 2 gelagert. Die Antriebsbewegung des Motors 3 dient also zur Erzeugung einer Umlaufbewegung des unteren Endes der Plasmakanone 5 um die vertikale Reaktorachse. Die Längsachse der Plasmakanone ist mit Bezug auf die Reaktorachse geneigt und es findet keine Eigendrehung der Plasmakanone um ihre eigene Achse statt, so daß der Anschluß der nicht dargestellten Versorgungsschläuche für die Gas- und Kühlmittelzufuhr zur Plasmakanone sowie der Anschluß des elektrischen Speisekabels 7 für die Plasmakanone keine Probleme aufwirft. Die Plasmakanone ist zu einer ringförmigen Kohle-Gegenelektrode 9 hin gerichtet. Zwischen die Plasmakanone 5 und die Gegenelektrode 9 ist eine elektrische Energiequelle geschaltet. Um die Plasmakanone 5 herum ist eine Reihe von beispielsweise sechs bis zwölf Einlaßkanälen 8 angeordnet, durch welche zerkleinertes Rohmaterial von einem Aufgabebehälter in den Reaktor zugeführt wird. Das Rohmaterial wird mit Druckgas, beispielsweise mit Druckluft, zur Reaktorachse hin in den Reaktor eingeblasen.Thermal insulation is limited. A support structure 2 is placed on the cover of the shell, which has a fluid motor 3 carries, which is coupled to a plasma gun 5 via a crank mechanism 4. The plasma cannon is mounted in a base part 6 of the supporting structure 2 by means of a ball joint. The drive movement of the Motor 3 is therefore used to generate an orbital movement of the lower end of the plasma gun 5 around the vertical Reactor axis. The longitudinal axis of the plasma gun is inclined with respect to the reactor axis and it does not find any Self-rotation of the plasma gun about its own axis takes place, so that the connection of the supply hoses, not shown, for the gas and coolant supply to the plasma gun and the connection of the electrical supply cable 7 for the plasma gun does not pose any problems. The plasma cannon is directed towards an annular carbon counter-electrode 9. Between the plasma gun 5 and the counter electrode 9, an electrical energy source is connected. Around the plasma gun 5 are a series of, for example six to twelve inlet channels 8 arranged through which comminuted raw material from a feed container is fed into the reactor. The raw material becomes the reactor axis with pressurized gas, for example with compressed air blown into the reactor.

Während die Materialteilchen durch die Reaktorkammer 809820/0715While the material particles through the reactor chamber 809820/0715

hindurch nach unten sinken, wird ihnen aufgrund der Rotationsbewegung des Plasmas in Richtung des Pfeiles A eine Horizontalgeschwindigkeitskomponente mitgeteilt, wodurch in dem Bereich um den oberen Teil der Plasmasäule herum eine Wolke von Materialteilchen entsteht, die als Hit zes trahlungs abschirmung zwischen dem Plasma und der Wärmeisolation wirkt.Sink through it downwards will be due to them Rotational movement of the plasma in the direction of arrow A communicated a horizontal velocity component, whereby in the area around the upper part of the plasma column a cloud of material particles is created, which is called Heat shielding between the plasma and the thermal insulation works.

Wenn die Materialteilchen nach dem Hindurchpassieren durch die Gegenelektrode 9 aus dem charakteristischen Nachflammenbereich der Plasmasäule austreten, der sich nach unten über die Gegenelektrode hinauserstreckt, kommen die Materialteilchen mit durch Kanäle 10 (nur zwei Kanäle dargestellt) eingeblasener Luft in innige Berührung und der verflüchtigte Kohlenwasserstoffgehalt und der hocherhitzte Kohlenstoff des Kohlengrubenabraums oder der sonstigen kohlenstoffhaltigen Komponente des zugeführten Rohmaterials wird in der sich weiter nach unten erstreckenden Brennkammer 11 schnell oxidiert. Das teilchenförmige entkohlte Material sinkt zum Bodenbereich 12 ab, von wo es mittels eines nur schematisch angedeuteten Gitterrost-Kühlers IU abgeführt und in üblicher Weise der Kühlung zugeführt wird.If the material particles after passing through the counter electrode 9 from the characteristic After-flame area of the plasma column, which extends downwards over the counter electrode, come out the material particles in intimate contact with air blown through channels 10 (only two channels shown) and the volatilized hydrocarbon content and the highly heated carbon of the coal mine tailings or the other carbon-containing component of the supplied raw material is in the further downward extending Combustion chamber 11 oxidizes quickly. The particulate decarburized material sinks to the bottom area 12 from where it is discharged by means of a grate cooler IU, which is only indicated schematically, and is cooled in the usual way is fed.

Die heißen Gase, die einen beträchtlichen Wärme-The hot gases, which generate considerable heat

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inhalt und auch einen wesentlichen Gehalt an unverbrannten CO sowie möglicherweise an unverbrannten Kohlenwasserstoffen besitzen, werden durch Gasauslaßkanäle 15 (nur ein Kanal dargestellt) abgezogen und einer Einrichtung zur Rückgewinnung der Wärme zugeführt, gewöhnlich einer Abwärme-Kesselanlage, wobei der Kessel die Brennkammer umschließen kann.content and also a substantial content of unburned CO and possibly unburned CO Have hydrocarbons are withdrawn through gas outlet channels 15 (only one channel shown) and fed to a device for recovering the heat, usually a waste heat boiler system, wherein the boiler can enclose the combustion chamber.

Die abgezogenen Gase führen einen wesentlichen Gehalt an sehr feinen Feststoffpartikelchen oder Flüssigkeitströpfchen mit sich, die, vorzugsweise nach Verbrennung des CO-Gehalts, mit Hilfe eines an sich bekannten Staubabscheiders abgeschieden werden.The withdrawn gases carry a substantial content of very fine solid particles or liquid droplets with them, preferably after combustion the CO content, with the help of a dust collector known per se to be deposited.

Die Abkühlung der Produktteilchen, die im Bodenbereich 12 gesammelt werden, kann je nach Art des Produktes auf verschiedenartige Weise stattfinden. Ist das Produkt zementartig, wird es trocken gesammelt, bei einem puzzolanischen Produkt ist auch ein nasses Sammeln (in Wasser) möglich.The cooling of the product particles, which are collected in the bottom area 12, can depend on the type of product take place in various ways. If the product is cement-like, it is collected dry at one pozzolanic product is also a wet gathering (in Water) possible.

In beiden Fällen ist es möglich, die Betriebsparameter des Plasmareaktors, d.h. die Rohmaterialzufuhr, die elektrische Energiezufuhr und die Drehzahl der Plasmakanone so einzustellen, daß ein fein gesintertes Produkt mit nur minimalen Mengen größerer verschmolzener KlumpchenIn both cases it is possible to change the operating parameters of the plasma reactor, i.e. the raw material feed, adjust the electrical energy supply and the speed of the plasma gun so that a finely sintered product with only minimal amounts of larger fused lumps

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entsteht. Mögli cherv/eise vorhandene Klümpchen können leicht mittels bekannter Verfahren granuliert werden.arises. Any lumps that may be present can easily be granulated using known methods.

Die dargestellte Anordnung ist so ausgelegt, daß, obwohl im Bereich oberhalb und unmittelbar unterhalb der Gegenelektrode 9 eine reduzierende Atmosphäre vorherrscht, das Einblasen von Luft durch die Kanäle 10 und gegebenenfalls durch weitere, weiter unten liegende Kanäle (nicht dargestellt) ein vollständiges Ausbrennen des Kohlenstoffgehalts bewirkt und möglicherweise vorhandenes Eisen in den gewünschten Phasen wie beispielsweise C₁₄AF und anderen gebunden wird. Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung ist deshalb nicht für die Abtrennung von Eisen in metallischer Form geeignet.The arrangement shown is designed so that, although a reducing atmosphere prevails in the area above and immediately below the counter electrode 9, the blowing in of air through the channels 10 and, if necessary, through further channels (not shown), a complete burnout of the carbon content and any iron present is bound in the desired phases such as C ₁₄ AF and others. The arrangement shown in Fig. 1 is therefore not suitable for the separation of iron in metallic form.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Plasmareaktor sind zur Bezeichnung gleicher Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Bei dem Plasmareaktor nach Fig. 2 ist die Gegenelektrode jedoch durch einen auf Kohle bestehenden Bodenteil 19 gebildet, der außerdem als Sammelgefäß für das geschmolzene Produkt dient. Diese Anordnung arbeitet unter schwach reduzierenden Bedingungen, um Eisen aus dem Rohmaterial durch Reduktion von dessen Eisenoxidgehalt in metallischer Form abzutrennen. Das gewonnene metallische Eisen bildet im Boden 19 eine gesonderteIn the plasma reactor shown in FIG. 2, the same reference numerals are used to designate the same components as used in FIG. In the plasma reactor according to FIG. 2, however, the counter electrode is made up of carbon Formed bottom part 19, which also serves as a collecting vessel for the molten product. This arrangement works under weakly reducing conditions to remove iron from the raw material by reducing its iron oxide content to be separated in metallic form. The metallic iron obtained forms a separate one in the bottom 19

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Schicht 20 und läßt sich leicht von der darüber befindlichen Schlackenschicht 21 trennen. In diesem Reaktor können gewünschtenfalls schwach oxidierende Bedingungen aufrechterhalten werden, solange der aus Kohle bestehende Bodenteil von geschmolzenem Material überdeckt ist. Die hauptsächliche Betriebsart dieses Plasmareaktors ist jedoch der Betrieb unter reduzierenden Bedingungen, welche das Sammeln von geschmolzenem Metall ermöglichen. Die Produkte (Metall und Schlacke 21) können durch Abstichkanäle 22 und 23 abgestochen werden oder der gesamte Reaktor kann kippbar ausgebildet sein, um das am Boden befindliche geschmolzene Material abgießen zu können. Ist der Reaktor kippbar, kann er periodisch geleert werden, indem zuerst die Schlacke und sodann das gesammelte Metall durch den Gasauslaßkanal 24 ausgegossen wird. Nach dem Ausgießen der geschmolzenen Schlacke kann diese während des Mahlens mittels eines Luftstromes zusätzlich oxidiert werden.Layer 20 and can easily be separated from the slag layer 21 located above it. In this reactor can, if desired weakly oxidizing conditions are maintained as long as the coal bottom portion is covered by molten material. However, the primary mode of operation of this plasma reactor is operation under reducing conditions which allow the collection of molten metal. The products (metal and slag 21) can be tapped through tapping channels 22 and 23 or the entire reactor can be tilted be designed to be able to pour off the molten material located at the bottom. If the reactor can be tilted, it can be emptied periodically by first passing the slag and then the collected metal through the gas outlet channel 24 is poured out. After the molten slag has been poured out, it can be used during grinding an air stream are also oxidized.

Zusätzlich zum Gasauslaßkanal kann der dargestellte Plasmareaktor vorzugsweise mit einem oder mehreren Lufteinlaßkanälen ausgestattet sein, so daß in einem unmittelbar über der geschmolzenen Schlacke 21 gelegenen Bereich schwach oxidierende Bedingungen hergestellt werden können.In addition to the gas outlet channel, the one shown Plasma reactor preferably be equipped with one or more air inlet channels, so that in one immediately weak oxidizing conditions can be established above the molten slag 21 region.

Es ist natürlich klar, daß die in den Fig. 1 und 2It is, of course, clear that those shown in FIGS

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„„_ 2T49029"" _ 2T49029

beispielsweise dargestellten Reaktoren in der Praxis in erheblichem Maße abgewandelt werden können. Wesentlich ist jedoch, daß durch die Anwesenheit der Plasmasäule in einem wesentlichen Bereich der mittigen Reaktorkammer eine starke Energieübertragung auf das zu behandelnde Material stattfindet. Obwohl es bei dem in Fig. 2 gezeigten Reaktor nicht unbedingt wesentlich ist, daß das zugeführte Material im schwebenden Zustand mit der expandierten ρ rä ze ssier en den Plasmasäule in Berührung kommt, ist dies doch sehr zu bevorzugen.For example, the reactors shown can be modified in practice to a considerable extent. It is essential, however, that the presence of the plasma column in a substantial area of the central reactor chamber results in a strong transfer of energy to the material to be treated. Although it is not absolutely essential in the reactor shown in FIG. 2 that the material supplied comes into contact with the expanded plasma column in the floating state, this is very preferable.

Fig. 3 zeigt schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung von hydraulischem Zement, wobei das Rohmaterial einen verhältnismäßig großen Anteil Kalkstein enthält, was beispielsweise bei der Herstellung von gewöhnlichem Portlandzement der Fall ist. Kohlengrubenabraum 31 und Kalkstein 32 werden jeweils in einem Brechwerk 33 bzw. grob gemahlen und in einem Silo 35 bzw. 36 gespeichert. Aus den Silos 35 und 36 gelangen die Materialien in einen Mischer 37 und das gemischte Rohmaterial wird anschließend in einem Mahltrockner 38 mittels durch eine Leitung 44 rezirkulierter Gase getrocknet und weiter gemahlen, obwohl regelmäßig eine geringere Mahlfeinheit erforderlich ist als bei herkömmlichen Verfahren. Findet ein nassesFig. 3 shows schematically the sequence of a method for the production of hydraulic cement, wherein the raw material contains a relatively large proportion of limestone, for example in the production of ordinary Portland cement is the case. Coal mine tailings 31 and Limestone 32 are each coarsely ground in a crusher 33 or respectively and stored in a silo 35 and 36, respectively. From the silos 35 and 36, the materials pass into a mixer 37 and the mixed raw material is then dried in a grinding dryer 38 by means of gases recirculated through a line 44 and ground further, although a lower fineness of grind is regularly required than with conventional methods. Find a wet one

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oder halbtrockenes Verfahren zum Mischen des Kohlengrubenabraums mit dem Kalkstein Anwendung, kann der Mahltrockner 38 durch einen Sprühtrockner 38a ersetzt sein. Das gemischte und gemahlene Rohmaterial wird in einen Silo 39 transportiert. Das aus diesem Silo 39 zugeführte Rohmaterial wird mit heißer Luft aus einer Leitung 43 vermischt und sodann in einen Zyklonvorwärmer 40 eingeleitet. Die durch die Leitung 43 zugeführte heiße Luft wird von einer Produktgranuliervorrichtung 42 abgezogen. Das vorgewärmte Rohmaterial wird mittels Luft durch eine kranzartige Anordnung von gleichen gegenseitigen Abständen aufweisenden, nicht dargestellten Einlaßkanälen in einen Plasmareaktor 11 der in Fig. 1 oder in Fig. 2 gezeigten Art eingeblasen, so daß das Material einen etwa zylindrischen Vorhang von in den oberen Bereich der expandierten präzessierenden Plasmasäule hineinfallenden Teilchen bildet. Die den Reaktor 11 verlassenden Produkte gelangen in eine Granuliervorrichtung 42, wo sie unter gleichzeitigem Einblasen kalter Luft aus einer Leitung 53 granuliert und sodann einem Mahlwerk 51 zugeführt werden, in welchem auch Aktivatoren oder andere Modifikatoren beigemischt werden können. Schließlich gelangt das Produkt in einen Produktsilo 52.or semi-dry method of mixing the coal mine tailings with the limestone application, the mill dryer 38 can be replaced by a spray dryer 38a. The mixed and ground raw material is transported into a silo 39. The supplied from this silo 39 Raw material is supplied with hot air from a line 43 mixed and then introduced into a cyclone preheater 40. The hot air supplied through line 43 is withdrawn from a product granulating device 42. The preheated raw material is passed through a ring-like arrangement of equally spaced inlet channels, not shown blown into a plasma reactor 11 of the type shown in Fig. 1 or in Fig. 2, so that the material a approximately cylindrical curtain of falling into the upper area of the expanded precessing plasma column Particle forms. The products leaving the reactor 11 reach a granulating device 42, where they are located simultaneous blowing in of cold air from a line 53 granulated and then fed to a grinder 51, in which activators or other modifiers can be mixed. Finally, the product arrives in a product silo 52.

Die den Reaktor 11 durch einen Kanal 46 verlassendenThose leaving the reactor 11 through a channel 46

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heißen Abgase können auf verschiedenartige Weise nutzbar gemacht werden, wobei eine Möglichkeit darin besteht, sie einer Abwäree-Kesselanlage 47 zuzuführen, die mit einem elektrischen Generator 48 gekoppelt ist. Die auf diese Weise erzeugte elektrische Energie kann, je nach dem Heizwert des Kohlengrubenabraums, für den Betrieb des Plasmareaktors Ml ausreichen. Die Abgase aus der Abwärme-Kesselanlage können über eine Leitung 50 einer weiteren Ausnützung durch weitere Hilfseinrichtungen zugeführt werden. Die jeweils optimale Ausnützung des Hauptteils der Abwärme hängt von einer Reihe von Paktoren ab, von denen die wichtigsten der Kohlenstoffgehalt des Abraums oder des sonstigen kohlenstoffhaltigen Rohmaterials und die Art des herzustellenden Produktes sind, d.h. ob mehr oder weniger große Mengen kalkhaltiger Stoffe im Rohmaterial enthalten sein müssen.hot exhaust gases can be harnessed in a number of ways, one of which is to use them a waste boiler system 47 to be supplied with an electrical generator 48 is coupled. The electrical energy generated in this way can, ever according to the calorific value of the coal mine overburden, sufficient for the operation of the plasma reactor Ml. The exhaust gases from the Waste heat boiler system can via a line 50 a further utilization can be supplied by further auxiliary equipment. The optimal use of the The main part of the waste heat depends on a number of factors, the most important of which are the carbon content of the Overburden or other carbonaceous raw material and the type of product to be manufactured, i.e. whether more or less large amounts of calcareous substances must be contained in the raw material.

Fig. 4 zeigt in vereinfachter schematischer Form einen weiteren Aspekt der Erfindung, nämlich die Herstellung von Plasmareaktorschlacke. Gleiche Mengen von Kohlengrubenabraum und Kalkstein (insgesamt etwa 2,8 t) werden einem Mahltrockner 6l zugeführt, der von einer Kühleinrichtung 65 über eine Leitung 67 mit heißer Luft gespeist wird. Das grob gemahlene und getrocknete Rohmaterial wird in einen Plasmareaktor 62 der in Fig. 14 shows, in simplified schematic form, a further aspect of the invention, namely the production of plasma reactor slag. Equal amounts of Coal mine overburden and limestone (a total of about 2.8 t) are fed to a grinding dryer 6l, which is fed by a Cooling device 65 is fed via a line 67 with hot air. The coarsely ground and dried raw material is fed into a plasma reactor 62 of the type shown in FIG. 1

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gezeigten grundsätzlichen Art eingeführt. Zur Verbrennung von Kohlenstoff und Wasserstoff wird Luft durch einen Kanal 63 zugeführt, um die Oxidationsfähigkeit der Produkte zu steuern. Die sich aus der Verbrennung des Kohlenstoffgehalts des Kohlengrubenabraums ergebende überschüssige Wärme wird einer Abwärme-Kesselanlage 64 zugeführt. Die als Produkt entstehende Plasmareaktorschlacke gelangt in die Kühleinrichtung 65. Die bei diesem Beispiel erhaltene Schlacke (2 t) kann mit Wasser gekühlt werden, da sie selbst nicht zementartig ist, sondern einen Zusatz irgendeines an sich bekannten Aktivators erfordert. Die in der Abwärme-Kesselanlage 64 nutzbar gemachte Wärmeenergie wird in einem elektrischen Generator 66 in elektrische Energie umgewandelt, die zum Betrieb des Plasmareaktors 62 verwendet wird. Die Massen- und Energiebilanzen zeigen, daß beispielsweise bei einem Kohlegehalt des Kohlengrubenabraums von 20 % und einem Umwandlungsgrad in elektrische Energie von nicht mehr als 30 % eine Herstellung einer breiten Vielfalt von Plasmareaktorschlacken möglich ist, wobei die gesamte, zum Betrieb des Reaktors erforderliche elektrische Energie durch Ausnutzung des Brennwertes des Kohlengrubenabraums bereitgestellt wird.shown basic type introduced. For the combustion of carbon and hydrogen, air is supplied through a duct 63 in order to control the oxidizing ability of the products. The excess heat resulting from the combustion of the carbon content of the coal mine tailings is fed to a waste heat boiler system 64. The plasma reactor slag formed as a product passes into the cooling device 65. The slag (2 t) obtained in this example can be cooled with water, since it is not itself cement-like but requires the addition of some known activator. The thermal energy made usable in the waste heat boiler system 64 is converted in an electrical generator 66 into electrical energy, which is used to operate the plasma reactor 62. The mass and energy balances show that, for example, with a coal content of the coal mine tailings of 20 % and a degree of conversion into electrical energy of no more than 30 %, a wide variety of plasma reactor slags can be produced using all of the electrical energy required to operate the reactor is provided by utilizing the calorific value of the coal mine overburden.

Fig. 5 zeigt ein weiteres schematisches DiagrammFig. 5 shows another schematic diagram

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-31- 2149029-31-2149029

eines Verfahrens, bei welchem der Heizwert von Kohlengrubenabraum zur Herstellung nützlicher Produkkte ausgenützt wird. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel wird der Kohlen gruben ab raum hauptsächlich zur Herstellung verhältnismäßig grobkörniger Materialien mittels eines Plasmareaktors mit expandierter präzessierender Plasmasäule ausgenützt und die dabei freigesetzte überschüssige Energie wird zum Betrieb eines Plasmareaktors verwendet, in welchem gewöhnlicher Portlandzement unter wesentlich endothermen Bedingungen aus einem Gemisch aus Abraum und Kalkstein im Verhältnis 1 : M hergestellt wird. Der Kohlengrubenabraum wird hier hauptsächlich zur Herstellung geschmolzener Massen verwendet, für welche ein vielfältiger und wachsender Bedarf auf verschiedenen Gebieten besteht.a process in which the calorific value of coal mine tailings is used to produce useful products will. In the example shown in Fig. 5, the coal pit from space is mainly used for production relatively coarse-grained materials by means of a The plasma reactor with an expanded precessing plasma column is used and the excess released in the process Energy is used to operate a plasma reactor in which ordinary portland cement is less than essential endothermic conditions from a mixture of overburden and limestone in a ratio of 1: M is produced. The coal mine tailings is mainly used here for the production of molten masses, for which a diverse and there is a growing need in various fields.

In dem Verfahrensdiagramm nach Fig. 5 sind zwei parallel angeordnete Plasmareaktoren 73 und 78 gezeigt. Der Reaktor 73 wird mit 0,Mt Kohlengrubenabraum und mit 1,6 t Kalkstein gespeist, nachdem diese Materialien in einem Mahltrockner 71 grob gemahlen und mit Hilfe heißer Luft aus einer Produktkühleinrichtung 75 getrocknet worden sind. Die Abgase aus dem Plasmareaktor 73 werden in einer Abwärme-Kesselanlage 7M nutzbar gemacht, und das Produkt wird in der Kühleinrichtung 75 luftgekühlt. Die Ausbeute beträgt eine Tonne Portlandzement.In the process diagram of Figure 5, there are two Plasma reactors 73 and 78 arranged in parallel are shown. The reactor 73 is fed with 0. Mt coal mine tailings and 1.6 t limestone after these materials coarsely ground in a grinding dryer 71 and dried with the aid of hot air from a product cooling device 75 have been. The exhaust gases from the plasma reactor 73 are made usable in a waste heat boiler system 7M, and the product is air-cooled in the cooling device 75. The yield is one tonne of Portland cement.

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Der andere Plasmareaktor 78 wird mit 6,0 t Kohlengrubenabraum gespeist, der in einem Mahltrockner 77 mit Hilfe von durch eine Leitung 82 aus einer Produktkühleinrichtung 80 zugeführten heißen Gasen getrocknet und grob gemahlen und danach auf eine Korngröße im Bereich von 1 mm bis 20 mm gesiebt worden ist. Die durch die Entkohlung des einen geeigneten Heizwert besitzenden Kohlengrubenabraums gewonnene große Wärmemenge wird in einer Abwärme-Kesselanlage 69 nutzbar gemacht, die über einen Energieflußkanal 81 einen Generator 83 speist, der die beiden Plasmareaktoren 73 und 78 mit elektrischer Energie versorgt.The other plasma reactor 78 is fed with 6.0 t of coal mine waste, which in a grinding dryer 77 with With the aid of hot gases supplied through a line 82 from a product cooling device 80, dried and coarse ground and then sieved to a grain size in the range of 1 mm to 20 mm. The one by the decarburization The large amount of heat obtained from the coal mine overburden, which has a suitable calorific value, is stored in a waste heat boiler system 69 made usable, which feeds a generator 83 via an energy flow channel 81, which feeds the two Plasma reactors 73 and 78 are supplied with electrical energy.

Die gezeichnete Breite der Energieflußkanäle 76, 8l, 8*J und 85 in Fig. 5 zeigt schematisch die Verteilung der aus dem Kohlengrubenabraum gewonnenen und im Generator 83 umgewandelten Energie.The drawn width of the energy flow channels 76, 8l, 8 * J and 85 in Fig. 5 shows schematically the distribution of the Energy obtained from the coal mine tailings and converted in the generator 83.

Die jeweils vom Kohlengrubenabraum gewonnene Wärmemenge hängt auch von der Teilchengröße der in die Plasmasäule eingeführten grobkörnigen Materialteilchen ab. In den meisten Fällen werden die Materialteilchen nur im Oberflächenbereich entkohlt und erhalten dabei eine glasartige Oberfläche, beispielsweise puzzolanisches Material, während der Kern der Teilchen im wesentlichen unverändert bleibt. Dies stellt ein wesentliches Merkmal derThe amount of heat obtained from the coal mine tailings also depends on the particle size of the plasma column introduced coarse-grained material particles. In most cases, the material particles are only decarburized in the surface area and get a glass-like surface, for example pozzolanic Material, while the core of the particles remains essentially unchanged. This represents an essential feature of the

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Erfindung dar, und die glasartige Oberfläche dieser verhältnismäßig leichten Materialteilchen kann als Zementvorstufe betrachtet werden. Die glasartige Oberflächenschicht dieser Teilchen ist im wesentlichen kohlenstoffrei, so daß sie, wenn sie mit alkalischen Zementkomponenten eines betonbildenden Gemisches in Berührung gebracht wird, in einen zementartigen Zustand aktiviert werden kann.Invention, and the glass-like surface of these relatively light material particles can be used as Cement precursor are considered. The vitreous surface layer of these particles is essentially carbon free so they when used with alkaline Cement components of a concrete-forming mixture in Is brought into contact, can be activated in a cement-like state.

Entsprechend dem jeweiligen Heizwert des Kohlenstoffgehalts des Kohlengrubenabraums kann das Verhältnis der Produkte (Zuschlagstoffe und Zement oder Zementvorstufe) derart gewählt werden, daß die bei der Materialbehandlung in den Plasmareaktoren 73 und 78 aus dem Kohlengrubenabraum freigesetzte überschüssige Wärmeenergie zur Speisung beider Reaktoren mit elektrischer Energie ausreicht. Obwohl die Möglichkeit besteht, die gesarate, zur Durchführung des Verfahrens benötigte elektrische Energie auf diese Weise bereitzustellen, braucht dies nicht unbedingt in jedem Fall zweckmäßig oder wirtschaftlich zu sein.Depending on the calorific value of the carbon content of the coal mine tailings, the ratio of Products (aggregates and cement or cement precursor) are chosen in such a way that the material treatment in the plasma reactors 73 and 78 from the coal mine tailings The excess thermal energy released is sufficient to supply both reactors with electrical energy. Even though it is possible to use the entire electrical energy required to carry out the method in this way this need not necessarily be expedient or economical in every case.

Kurz zusammengefaßt, beinhaltet die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung vier verschiedener Gruppen von Produkten, die in der Reihenfolge steigenden Energiebedarf nachstehend aufgezähltIn brief summary, the invention includes a method and apparatus for making four different groups of products, listed below in the order of increasing energy requirements

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1) Zuschlagstoffe: Diese müssen lediglich eine ausreichende Festigkeit durch geeignetes Schmelzen mit Entwicklung der Glasphase erhalten. In vielen Fällen reicht eine ausreichend dicke glasartige Oberflächenschicht aus, die sich beim Durchgang durch die Plasmasäule bildet. Diese Stoffe brauchen keinen Kalk zu enthalten, weshalb nur wenig Energie erforderlich ist.1) Aggregates: These only have to obtain sufficient strength through suitable melting with the development of the glass phase. In many cases, a sufficiently thick glass-like surface layer that forms when passing through the plasma column is sufficient. These substances do not need to contain lime, which is why only little energy is required.

2) Puzzolanische pulverisierte Aschen: Dabei handelt es sich um Stoffe, die regelmäßig nur einen kleinen Gehalt an CaO (1 % bis 15 %) enthalten und deshalb eine gewisse Energiemenge zur Umwandlung des ursprünglichen CaCO -Gehalts von Kalkstein oder Kreide in CaO benötigen. Diese Stoffe bestehen gewöhnlich in der Hauptsache aus Aluminiumsilicaten und etwas Eisensilicaten, können jedoch auch nur Siliciumoxid enthalten, beispielsweise Sand mit einem kleinen Eisenoxidgehalt. Kalkhaltige Stoffe können beigegeben werden oder bereits in ausreichendem Maße vorhanden sein. Die Produkte haben eine glasartige Struktur.2) Powdered pozzolanic ashes: These are substances that regularly contain only a small amount of CaO (1 % to 15 %) and therefore require a certain amount of energy to convert the original CaCO content of limestone or chalk into CaO. These substances usually consist mainly of aluminum silicates and some iron silicates, but they can also contain only silicon oxide, for example sand with a small iron oxide content. Calcareous substances can be added or they can already be present in sufficient quantities. The products have a glass-like structure.

3) Puzzolanische Schlacken: Diese sind ebenfalls glasartig (gute puzzolanische Eigenschaften ergeben sich stets aus der glasartigen Struktur, was auch für die3) Pozzolanic slags: These are also vitreous (good pozzolanic properties always result from the vitreous structure, which is also the case for the

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puzzolanischen pulverisierten Aschen gilt, während kristalliner Aufbau keine puzzolanischen Eigenschaften bringt). Derartige Schlacken erfordern im allgemeinen mehr CaO im Produkt (etwa 25 % bis 45 J) und folglich erfordert ihre Herstellung mehr Energie zur Umwandlung von CaCO-z ^zu CaO als bei der Herstellung von puzzolanischen Aschen.pozzolanic powdered ash applies, while crystalline structure does not bring pozzolanic properties). Such slags generally require more CaO in the product (about 25 % to 45 J) and consequently their production requires more energy to convert CaCO-z ^to CaO than does the production of pozzolanic ashes.

¹O Portlandzemente; Diese Stoffe besitzen von Natur aus Zementeigenschaften und alle ihre zementbildenden Komponenten sind kristallin. Ihre Herstellung ist wegen des erforderlichen großen CaO-Gehalts im Produkt (etwa 60 % bis 70 %) wesentlich stärker endotherm. ¹ O portland cements; These substances naturally have cement properties and all of their cement-forming components are crystalline. Their production is much more endothermic because of the high CaO content required in the product (about 60 % to 70 %).

Es ist zu erwähnen, daß die Herstellung zementartiger Stoffe mit einem CaO-Gehalt im Produkt von 50 % bis 60 % unwirtschaftlich ist, da einige der sich bei solchen Zusammensetzungen bildenden Phasen nicht zementartig sind.It should be noted that the production of cementitious substances with a CaO content in the product of 50 % to 60 % is uneconomical, since some of the phases that form in such compositions are not cementitious.

Die Erfindung ermöglicht eine Ausdehnung der Herstellung puzzolanischer und zementartiger Stoffe auf viel größere Bereiche im vereinfachten CaO-SiOg-AlgOj-Dreistoffdiagramm (siehe Fig. 9), als es mit herkömmlichen Drehrohröfen praktizierbar ist. Die der herkömmlichen Technologie auferlegten Beschränkungen beruhen auf der Unfähigkeit vonThe invention enables the manufacture of pozzolanic and cementitious materials to be extended to much larger ones Areas in the simplified CaO-SiOg-AlgOj three-component diagram (see Fig. 9) than is the case with conventional rotary kilns is practicable. The limitations imposed on conventional technology stem from the inability of

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Drehrohröfen, Rohmaterialien mit einem senr nonen oder sehr niedrigen Siliciumoxid-Verhältnis zu verarbeiten. Das Siliciumoxid-Vernaltnis ist alsRotary kilns, raw materials with a senr nonen or very low silica ratio to process. The silicon oxide ratio is as

oiOoiO

definiert. Da die llaterialien oei dem erf in dungs gemäßen Verfahren im schwebenden Zustand aufbereitet v/erden, entfallen diese Beschränkungen.Are defined. Since the materials oei according to the invention If the method is processed in the pending state, these restrictions do not apply.

Fig. 6 zeigt ein Rontgen-Spektrogramm eines Portlandzements, der durch Behandlung eines herkömmlichen Kalkstein-Ton-Rohmaterials in der expandierten prozessierenden Flasmasäule eines Plasmareaktors hergestellt wurde. Fig. 6 läßt die Entwicklung hochkristalliner Phasen mit allen, für das für Portlandzement typische zementartige Verhalten notwendigen Komponenten und nur einen sehr kleinen Restgehalt an freiem Kalk erkennen.6 shows an X-ray spectrogram of a Portland cement, by treating a conventional limestone-clay raw material in the expanded processing Plasma column of a plasma reactor was produced. Fig. 6 shows the development of highly crystalline phases all of the components necessary for the cementitious behavior typical of Portland cement and only a very small one Recognize the residual content of free lime.

Fig. 7 zeigt dagegen den hohen Anteil glasartiger Substanden von puzzolanischer ocnlacke, die durch Aufbereitung von Kohlengrubenabraum und Kalkstein in der Plasmasäule gewonnen wurde, wobei nur sehr unwesentliche kristalline «-Quarz-Spitzen erkennbar sind. DiesIn contrast, FIG. 7 shows the high proportion of vitreous substances of pozzolanic oin varnish which is produced by processing from coal mine overburden and limestone in the plasma column, whereby only very insignificant crystalline «quartz tips are recognizable. this

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entspricht den Forderungen an eine mit Portlandzement oder einem anderen Aktivator zu mischende puzzolanische Schlacke.meets the requirements for a pozzolanic to be mixed with Portland cement or another activator Slag.

Fig. 8 zeigt die Glasphasenentwicklung, die sich bei der Plasmabehandlung reinen Kohlengrubenabraums ergibt, wobei charakteristische Spitzen infolge von Mullit und c<-Quarz erkennbar sind.FIG. 8 shows the glass phase development which occurs during the plasma treatment of pure coal mine tailings results, with characteristic peaks due to mullite and c <-quartz can be seen.

Alle drei oben erläuterten Röntgen-Spektrogramme stammen von Produkten, die durch Behandlung der Materialien in schwebendem Zustand gewonnen wurden.All three of the X-ray spectrograms discussed above are from products obtained by treating the materials were obtained in a floating state.

Die Zusammensetzung der Rohmaterialien und der Produkte, auf welche sich die in den Fig. 7 und 8 gezeigten Röntgen-Spektrogramme beziehen, sind nachstehend wiedergegeben:The composition of raw materials and products, to which the X-ray spectrograms shown in FIGS. 7 and 8 relate are given below:

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50 % Abraum 50 % Kalkstein50 % overburden 50 % limestone

100 % Abraum100 % overburden

Bestand
teilDuration
part Rohmat.
/0 Raw material
/ 0 Produktproduct Ronmat.
% Ronmat.
% Froaukt
% Froaukt
% SiO₂ SiO ₂ 31,331.3 42,842.8 48,848.8 56,456.4 Al₂O₃ Al ₂ O ₃ 13,313.3 20,120.1 23,923.9 30,830.8 Fe₂O₃ Fe ₂ O ₃ 2,62.6 3,33.3 3,23.2 4,54.5 CaOCaO 22,422.4 28,528.5 1,41.4 1,91.9 MgOMgO 1,01.0 2,72.7 1,21.2 3,93.9 Erhitzungs-
verlusteHeating
losses 25,025.0 0,20.2 16,016.0 -- UnbestimmtIndefinite 4,44.4 2,42.4 5,55.5 2,52.5

100,0100.0

Die folgende Übersicht zei^t die Ergebnisse eines Vergleichs der Eigenschaften des Produkts entsprechend Fig. 7 und des Produkts entsprechend Fig. 8 jeweils nach Beimischung von gewöhnlichem Portlandzement im jeweils angegebenen Verhältnis mit den Eigenschaften, die man erhält, wenn man herkömmliche Hochofenschlacke und herkömmliche puzzolanische Asche mit den gleichen Teilen beimischt.The following table shows the results of a comparison of the properties of the product accordingly Fig. 7 and the product corresponding to Fig. 8 each after admixture of ordinary Portland cement in each case given ratio with the properties obtained when using conventional blast furnace slag and conventional pozzolanic ash mixed in with the same parts.

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Druckfest. (MN/m ) ISO Mörtelprisma, erhärtet bei:Pressure resistant. (MN / m) ISO mortar prism, hardened at:

20 ⁰C 7 Tage 28 Tage20 ⁰ C 7 days 28 days

Puzzolanizität (Lea) ISO Prisma, erhärtet bei:Pozzolanicity (Lea) ISO prism, hardened at:

18 ⁰C18 ⁰ C

50 ⁰C50 ⁰ C

7 Tage 7 Tage7 days 7 days

Vergleichs-Port landzement 40,3 Comparative port land cement 40.3

Prod. Fig. 8Prod. 8 20 % Ersatz 30,020 % replacement 30.0

Puzzol.Pozzol.

Vergleichs-Comparative

ascheash

20 % Ersatz 32,020 % replacement 32.0

Prod. Pig. 7Prod. Pig. 7th 50 % Ersatz 20,050 % replacement 20.0

Vergleichs-Comparative

s ch lackes ch paints

50 % Ersatz 26,050 % replacement 26.0

60,160.1

41,741.7

53,2 UO % Ersatz 24,753.2 RO % replacement 24.7

50,4 40 % Ersatz 22,850.4 40 % replacement 22.8

61,9 40 % Ersatz 26,961.9 40 % replacement 26.9

38,8 41,938.8 41.9

32,8 43,132.8 43.1

64,0 40 % Ersatz 31,8 45,264.0 40 % replacement 31.8 45.2

*nach P.M. Lea: "The Chemistry of Concrete and Cement", S. 449* according to P.M. Lea: "The Chemistry of Concrete and Cement", p. 449

Die Behandlung der Materialien in einer expandierten präzessierenden Plasmasäule kann in der Zementindustrie in vielfältiger Weise erfolgen. Insbesondere eröffnet die Verwendung von Kohlengrubenabraum und anderen kohlenstoffhaltigen Materialien mit niedrigem Brennwert eine Möglich-The treatment of the materials in an expanded precessing plasma column can be used in the cement industry done in a variety of ways. In particular, the use of coal mine tailings and other carbonaceous materials with a low calorific value opens up the possibility of

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keit der Verwendung einer viel breiteren Palette von einheimischen Rohmaterialien, die bisher nur als Abfall oder als verhältnismäßig wertlos betrachtet worden sind. Der Plasmareaktor kann anstelle eines herkömmlichen Drehrohrofens verwendet v/erden und kann infolge seiner geringen Größe dort errichtet werden, wo ein vorhandener Drehrohrofen ausgetauscht werden muß.ability to use a much wider range of indigenous raw materials, which up to now have only been regarded as waste or as relatively worthless. The plasma reactor can be used instead of a conventional rotary kiln and, due to its low Size can be erected where an existing rotary kiln has to be replaced.

Gemäß einer weiteren Alternative der Erfindung können die bei der Herstellung puzzolanischer Materialien entstehenden Abgase eines Plasmareaktors, die einen hohen Restheizwert besitzen, zu einem herkömmlichen Drehrohrofensystem weitergeleitet und dort verbrannt werden.According to a further alternative of the invention, they can be used in the manufacture of pozzolanic materials The resulting exhaust gases from a plasma reactor, which have a high residual calorific value, are transferred to a conventional rotary kiln system forwarded and burned there.

Fig. 9 zeigt die Zusammensetzung zementartiger Materialien und puzzolanischer Materialien, die gemäß der Erfindung hergestellt werden können. In dieser Darstellung zeigt die schraffierte Fläche A die bevorzugte und typische Zusammensetzung von Portlandzement. Der die Fläche A umschließende Flächenbereich B zeigt die Zusammensetzung von nach dem erfindungsgemaßen Verfahren herstellbaren zementartigen Materialien. Einige dieser in diesem Flächenbereich liegenden Materialzusammensetzungen können in einem herkömmlichen Drehrohrofen nicht hergestelltFig. 9 shows the composition of cementitious materials and pozzolanic materials according to of the invention can be produced. In this illustration, the hatched area A shows the preferred one and typical composition of portland cement. The area B enclosing the area A shows the Composition of cementitious materials which can be produced by the process according to the invention. Some of these Material compositions lying in this area cannot be produced in a conventional rotary kiln

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werden, da dort das Siliciumoxid'-Verhältnis zur Bildung von Verkrustungen an den Ofenwänden führen würde.because there the silicon oxide 'ratio to the formation of incrustations on the furnace walls.

Die Fläche C zeigt die zu bevorzugenden Zusammensetzungen von puzzolanischen Materialien, während der die Fläche C umschließende Flächenbereich D weitere nützliche puzzolanische Materialien darstellt, die gemäß der Erfindung unter Verwendung einer expandierten präzessierenden Plasmasäule herstellbar sind.Area C shows the preferred compositions of pozzolanic materials, during which the Area C enclosing area D represents further useful pozzolanic materials which can be used according to the invention can be produced using an expanded precessing plasma column.

Die Fläche E zeigt die Zusammensetzung von hoch aluminiumoxidhaltigen Zementen, die nach der Erfindung erzeugbar sind.Area E shows the composition of high alumina cements made according to the invention are producible.

In diesem Diagramm nach Fig. 9 sind andere Komponenten als CaO, SiOp und Al_0^ nicht berücksichtigt. In der Praxis können die Zemente jedoch bis zu 6 % MgO, bis zu 6 % Eisenoxide und bis zu 10 % andere Oxide (TiO₂, NhO usw.) enthalten.In this diagram according to FIG. 9, components other than CaO, SiOp and Al_0 ^ are not taken into account. In practice, however, the cements can contain up to 6% MgO, up to 6 % iron oxides and up to 10 % other oxides (TiO ₂ , NhO etc.).

Für die Herstellung hydraulischer Portlandzemente liegt der minimale CaO-Gehalt bei 58 % und der maximale CaO-Gehalt bei 72 %; während bei puzzolanischen Materialien der maximale CaO-Gehalt 55 % beträgt.For the production of hydraulic Portland cements, the minimum CaO content is 58 % and the maximum CaO content is 72 %; while in pozzolanic materials the maximum CaO content is 55 % .

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Es sind bereits zahlreiche Versuche unternommen worden, bei der Zeraentnerstellung geringerwertige Brennstoffe auszunützen, jedoch sind diese Versuche wegen des dabei auftretenden Problems der Verunreinigung des Zementklinkers durch Asche wenig erfolgreich gewesen. Die Rückgewinnung der Wärmeenergie im Plasmareaktcr löst dieses Problem. Die Abgase aus dem Plasmareaktor werden zweckmäßigerweise einem Flammencalcinierer zugeführt, in welchem der Kalkstein des Zementrohmaterials zu CaO calciniert wird, bevor er in den Drehrohrofen eintritt.Numerous attempts have already been made in the production of lower quality fuels However, these attempts are to be exploited because of the problem of contamination of the cement clinker not very successful through ashes. The recovery of the thermal energy in the plasma reactor solves this Problem. The exhaust gases from the plasma reactor are expediently fed to a flame calciner in which the Limestone of the cement raw material is calcined to CaO before it enters the rotary kiln.

wie bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Herstellung von Zement und ZementVorstufen aus Rohmaterialien Anwendung finden, die einen hohen Eisengehalt besitzen, und eignet sich vorteilhaft zur Erzeugung verwertbaren Metalles als Nebenprodukt ebenso wie nur zur Beseitigung unerwünschten Eisens oder unerwünschter Eisenoxide aus dem Produkt.As already mentioned, the method according to the invention can also be used for the production of cement and cement precursors from raw materials which have a high iron content, and is advantageous for the production of usable metal as a by-product as well as only for the removal of unwanted iron or unwanted iron Iron oxides from the product.

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Claims

Γ l) Process for the production of hydraulic cement and cement precursors, characterized in that in an expanded, prezeesierende plasma column, which is generated in a plasma reactor between a plasma gun rotating around a vertical axis and inclined to this axis and a counter-electrode interacting therewith, comminuted Raw material is introduced in such a way that it can sink through the plasma column, after which the material emerging from the plasma column is collected as product, and that the raw material, after complete calcination, has a substantial content of silicon oxide or aluminum oxide, further indicated by the hatched areas in FIG given ratio of CaO: SiO ₂ : AlgO, and a CaO content of less than 55 % or in the range of 58 % to 72 % , and that the raw material in the calcined state has up to 6 % MgO, up to 6 K iron oxides and Contains up to 10 % other oxides.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the comminuted raw material consists in a substantial part or entirely of something naturally occurring mineral material, which has a carbon content corresponding to a usable calorific value.

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3. The method according to claim 2, characterized in that the naturally occurring mineral material Coal mine tailings is.

4. The method according to claim 2, characterized in that the naturally occurring mineral material Is oil shale or oil sands.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the comminuted raw material is coal, waste oil containing hydrocarbons or others Contains organic waste.

6. The method according to any one of claims 2 to 5 »characterized in that the emerging again from the plasma column Material, while it is still in a finely divided state, with an oxygen-containing gas stream is brought into contact.

7. The method according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the emerging again from the plasma column Material is collected in a bath of molten slag in the bottom of the plasma reactor and that the Slag after removal from the reactor with oxygen-containing Gas is brought into contact.

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8. The method according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the upon contact of the Material with the plasma column resulting gaseous products to utilize their calorific value with oxygen-containing Be brought into contact with gas.

9. The method according to any one of Asnprüche 2 to 8, characterized in that the treated in the plasma column Material and / or the gaseous products in a waste heat boiler system with the oxygen-containing gas responded.

10. The method according to claim 9 »characterized in that that the thermal energy obtained by burning the carbonaceous material to generate electrical energy is used to feed the plasma reactor.

11. The method according to any one of claims 2 to 10, characterized in that the raw material mm to a particle size in the range of 1 milled mm to 20 and then hindurchpassiert under such conditions by the plasma column that forms a glass-like surface layer on the particles.

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